Hiểm họa khó lường từ máy tính lượng tử

Máy tính lượng tử được coi là bước nhảy vọt về công nghệ, kỳ vọng mang đến những máy tính có khả năng xử lý nhanh hơn hàng nghìn tỷ lần so với máy tính hiện nay.

Tuy nhiên, ít ai biết rằng một trong những bí mật để xây dựng chiếc máy tính mạnh nhất thế giới này lại nằm ở bồn rửa trong phòng tắm.

Máy tính lượng tử được che chắn bằng loại kính tương tự kính chống đạn bảo vệ bức tranh Mona Lisa, gồm ba hình trụ có phần vỏ bao bọc một chùm dây bạc vòng xếp nhiều tầng. Ảnh: Time.

Tại trung tâm nghiên cứu Thomas J. Watson của IBM ở New York, các nhà khoa học luôn có sẵn một hộp chỉ nha khoa, dùng để thao tác với máy tính lượng tử - chiếc máy có kích cỡ như thùng dầu, nhưng sở hữu khả năng hoàn thành tác vụ nhanh gấp hàng triệu lần laptop và hàng chục nghìn lần so với siêu máy tính mạnh nhất.

Sức mạnh vượt tầm với

Vì sao chỉ nha khoa lại quan trọng đến thế với máy tính lượng tử ? Để hoạt động bình thường, chip của máy tính lượng tử yêu cầu luôn phải được duy trì ở nhiệt độ cực lạnh khoảng -273 °C để qubit siêu dẫn của IBM hoạt động. Nó cần đủ lạnh để làm cho các nguyên tử gần như bất động.

Trong khi đó, theo các chuyên gia, dưới cái lạnh khắc nghiệt như vậy, hầu hết vật liệu sẽ co lại hoặc trở nên giòn và dễ gãy. Tuy nhiên, chỉ nha khoa là trường hợp ngoại lệ. Hóa ra, vật dụng tuy nhỏ này lại có khả năng duy trì tính toàn vẹn của nó để cố định hệ thống dây bên trong máy tính lượng tử.

Mặc dù vậy, loại chỉ nha khoa được dùng trong máy tính lượng tử cũng có những yêu cầu khắt khe hơn so với loại thông thường. "Chúng phải là loại không có sáp bao bọc hoặc không mùi. Nếu không, hơi thoát ra sẽ làm mọi thứ rối tung lên", Jay Gambetta, Phó chủ tịch mảng lượng tử của IBM giải thích.

Chỉ nha khoa được dùng để cố định hệ thống dây bên trong máy tính lượng tử. Ảnh: Time.

Đó là khía cạnh kỳ lạ của công nghệ vốn được tạo để thay đổi mọi khía cạnh trong cuộc sống con người.

Với sức mạnh tính toán vượt trội, máy tính lượng tử đã tối ưu hóa lộ trình của hàng nghìn tàu chở nhiên liệu đi khắp thế giới, phân loại bệnh nhân phòng chăm sóc đặc biệt (ICU) nào cần được chăm sóc khẩn cấp nhất và bắt chước các quá trình hóa học ở cấp độ nguyên tử để thiết kế vật liệu mới tốt hơn.

Ở lĩnh vực kỹ thuật, máy tính lượng tử có khả năng tạo ra bước tiến vượt bậc cho AI, với khả năng huấn luyện các thuật toán tốt hơn và hơn hết là biến ôtô không người lái và taxi bay trở thành hiện thực.

Cựu Phó Giám đốc NSA Chris Inglis thậm chí còn chia sẻ với rằng các mô phỏng AI lượng tử thể hiện "mức độ hiệu quả đáng kinh ngạc thời gian qua".

Sức mạnh lượng tử đã sớm được các công ty quản lý tài sản sử dụng làm công cụ cải thiện hiệu suất chi phí vận hành. Công ty Multiverse Computing của Tây Ban Nha đã thực hiện thành công các dự án thử nghiệm với các khách hàng đa quốc gia như BASF và Bosch.

Với sức mạnh tính toán vượt trội, máy tính lượng tử được kỳ vọng sẽ làm nên bước đột phá trong mọi khía cạnh cuộc sống. Ảnh: Time.

Thuật toán lượng tử cho thấy hiệu quả tăng gấp đôi lợi nhuận giao dịch ngoại hối và có khả năng phát hiện nhiều lỗi dây chuyền sản xuất gần gấp 4 lần. “Các thuật toán học sâu chạy bằng máy tính lượng tử hoàn toàn khác với các thuật toán cổ điển. Bạn có thể đào tạo nó nhanh hơn, chạy thử nhiều chiến lược hơn", Enrique Lizaso Olmos, CEO của Multiverse cho biết.

Những rủi ro tiềm ẩn

Sự phát triển quá nhanh đã biến máy tính lượng tử trở thành chủ đề chính trong các chương trình nghị sự về an ninh toàn cầu. Đến nay, đã có khoảng 17 quốc gia có chiến lược sử dụng lượng tử làm tài nguyên quốc gia cùng 4 quốc gia khác đang phát triển bộ luật cho công nghệ đột phá này.

Rủi ro lớn nhất đến từ khả năng giải mã quá nhanh của máy tính lượng tử. Ngày nay, hầu như toàn bộ các hệ thống an ninh mạng, dù là nền tảng nhắn tin như WhatsApp hay chuyển khoản ngân hàng đều được phát triển dựa trên RSA, một thuật toán mã hóa bất đối xứng được sử dụng để truyền dữ liệu một cách an toàn.

Đoạn mã RSA an toàn bởi một máy tính thông thường cần hàng tỷ năm để bẻ khóa nó. Tuy nhiên, một máy tính lượng tử nhanh sẽ chỉ mất vài giờ để làm điều đó.

Vào tháng 12/2022, một nhóm các nhà khoa học ở Trung Quốc đã xuất bản bài báo tuyên bố họ đã thành công phát triển thuật toán lượng tử có thể phá vỡ chuỗi RSA bằng máy tính 372 qubit (bit lượng tử).

Các máy tính lượng tử đủ mạnh để bẻ khóa chuỗi RSA còn vài năm nữa mới được công khai. Tuy nhiên, đã có lo ngại một số hacker đang nắm trong những lưu trữ dữ liệu nhạy cảm sẽ sớm có thể giải mã thông qua sức mạnh lượng tử.

Máy tính lượng tử chỉ cần vài giờ để giải mã RSA, trong khi một máy tính thông thường cần hàng tỷ năm để bẻ khóa nó. Ảnh: Time.

“Sẽ không thể phục hồi dữ liệu nào nếu mỗi ngày trôi qua mà không chuyển đổi chúng sang giao thức an toàn bằng lượng tử", Dario Gil, Phó chủ tịch cấp cao kiêm giám đốc nghiên cứu của IBM cảnh báo.

Cuộc chiến ở Ukraine cũng là một hồi chuông cảnh tỉnh. Đây là cuộc xung đột đầu tiên trong lịch sử bắt đầu bằng các cuộc tấn công mạng.

Các dịch vụ công cộng, mạng lưới năng lượng, phương tiện truyền thông, ngân hàng, doanh nghiệp và các tổ chức phi lợi nhuận đã phải chịu một cuộc chiến chớp nhoáng trên Internet, ảnh hưởng đến việc phân phối thuốc men, thực phẩm và hàng cứu trợ.

Chiến tranh hiện đại và các cơ chế an ninh quốc gia dựa trên tốc độ và độ chính xác của việc ra quyết định. Có một điều khá đơn giản là nếu máy tính của bạn nhanh hơn máy tính của họ thì bạn sẽ thắng. Lượng tử là bước nhảy vọt tiếp theo", David Spirk, cựu giám đốc dữ liệu của Bộ Quốc phòng Mỹ nói.

Bên cạnh đó, những lo lắng xung quanh máy tính lượng tử không chỉ xuất phát từ rủi ro bảo mật mà còn ở khả năng xác minh thông tin.

Máy tính cổ điển được tin dùng một phần vì con người có thể xác minh khả năng tính toán của chúng bằng bút và giấy.

Tuy nhiên, máy tính lượng tử liên quan đến nhiều khái niệm vật lý phức tạp nên việc xác minh theo cách truyền thống là rất khó.

Hiện tại, con người chỉ có thể mô phỏng nhiều phép tính lượng tử trên một siêu máy tính truyền thống để kiểm tra kết quả. Việc tin tưởng vào một máy tính lượng tử sẽ đòi hỏi một bước nhảy vọt về niềm tin.